摘要：綏中發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程輸煤系統(tǒng)安裝兩臺俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機(jī)，近年來，根據(jù)運(yùn)行情況，對這兩臺斗輪堆取料機(jī)的程控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，同時對主要電動機(jī)起動方式進(jìn)行了優(yōu)化。本文重點(diǎn)對改造的背景、改造方案、改造后系統(tǒng)構(gòu)成和實現(xiàn)功能進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，同時對改造過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和總結(jié)，并提出了解決方案。 關(guān)鍵詞：斗輪堆取料機(jī)，PLC，軟起動，變頻器，無線通訊 1 引言 綏中發(fā)電有限責(zé)任公司儲煤場為條形煤場，采用斗輪堆取料機(jī)進(jìn)行堆煤（鐵路或港口來煤）和取煤作業(yè)。一期工程安裝二臺俄制узр-1200/1500型斗輪堆取料機(jī)，即：堆料出力1200噸/小時，取料出力1500噸/小時。 斗輪堆取料機(jī)的動力電源供應(yīng)是通過電纜卷筒引導(dǎo)6KV電纜到大車尾車平臺上，分別通過動力變壓器（6KV/0.4KV）向各部分的電動機(jī)供電，通過控制變壓器（6KV/0.23KV）向控制系統(tǒng)及照明系統(tǒng)供電；使用多芯柔性電纜通過控制電纜卷筒，實現(xiàn)斗輪堆取料機(jī)與煤場輸送皮帶實現(xiàn)堆料聯(lián)鎖，并向集中控制室發(fā)送堆、取料工況信號。 斗輪機(jī)的電控系統(tǒng)主要是由懸臂皮帶減速機(jī)驅(qū)動電機(jī)（鼠籠式異步電動機(jī)，75KW）的控制、輪斗的減速機(jī)驅(qū)動電機(jī)（鼠籠式異步電動機(jī)，75KW）的控制、懸臂俯仰油泵電機(jī)（鼠籠式異步電動機(jī)，15KW）及液壓站電磁閥的控制、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)驅(qū)動電機(jī)（鼠籠式異步電動機(jī)，2×11KW）及制動器的控制、行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)（鼠籠式異步電動機(jī)，4×11KW）及制動器的控制、動力電纜卷筒驅(qū)動電機(jī)（繞線式異步電動機(jī)， 11KW）及制動器的控制及控制電纜卷筒驅(qū)動電機(jī)（繞線式異步電動機(jī)， 11KW）及制動器的控制等六方面組成。 原電控系統(tǒng)在運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)了很多問題： （1）因為斗輪機(jī)工藝的需要，其電控系統(tǒng)是由6面控制柜，270多個繼電器組成，故障點(diǎn)多，處理缺陷耗時較長，維護(hù)工作量極大。 （2）在控制室與配電室之間直接聯(lián)系電纜數(shù)量大，因為斗輪機(jī)懸臂需要經(jīng)常俯仰和回轉(zhuǎn)，這些電纜在斗輪機(jī)中間旋轉(zhuǎn)部分的電纜室內(nèi)要經(jīng)常做往復(fù)運(yùn)動，電纜損壞周期短，更換數(shù)量較大。 （3）懸臂皮帶及輪斗電動機(jī)的起動裝置元器件老化，抗干擾能力差，一些對電動機(jī)的基本保護(hù)不能正常工作，且調(diào)整不方便，造成電動機(jī)起動時電流比較大，對機(jī)械設(shè)備造成沖擊，尤其是對直接鏟煤的輪斗沖擊最為明顯。 （4）動力電纜及控制電纜卷筒在卷取電纜的時候，采用繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法來調(diào)整轉(zhuǎn)速，在放電纜的時候采用電纜時，將繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路開路，讓電纜直接拽著卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)，這個拉力對電纜損害很大；同時電纜卷筒轉(zhuǎn)動與行走經(jīng)常不同步，也易造成電纜被拉斷，發(fā)生接地、短路事故，影響了動力電源的供應(yīng)，影響斗輪堆取料機(jī)與煤場皮帶的聯(lián)鎖。在機(jī)組正式商業(yè)運(yùn)行的3年中，分別對動力電纜進(jìn)行3次更換，控制電纜2次更換，最后在走車的時候，安排一名運(yùn)行人員專職看護(hù)電纜，這樣做不僅危及運(yùn)行人員的人身安全，而且增加了人工成本；造成了直接經(jīng)濟(jì)損失。 綏電公司一期工程裝機(jī)容量為1600MW，滿負(fù)荷運(yùn)行日燃煤約1.5萬噸，煤場最低存煤警戒線為13萬噸；因為斗輪堆取料機(jī)故障頻發(fā)，導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)重要設(shè)備失去備用時間較長，維護(hù)費(fèi)用偏高，其電控系統(tǒng)的現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿足日常生產(chǎn)的需要。因此，為了滿足綏電機(jī)組大負(fù)荷運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益，必須對綏電的斗輪機(jī)電控系統(tǒng)及主要電動機(jī)的起動方式進(jìn)行現(xiàn)代化改造。 2 改造方案的確定 由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長期連續(xù)性，本著最高性能價格比的原則，經(jīng)過考察論證，我們選用了具有現(xiàn)場分布式I/O結(jié)構(gòu)的SIEMENS公司S7-300可編程序邏輯控制器（PLC）作為斗輪機(jī)電控系統(tǒng)的核心設(shè)備；保留原回轉(zhuǎn)及行走機(jī)構(gòu)的日本HITACHI J300變頻器，對行走控制方式進(jìn)行優(yōu)化；將懸臂皮帶及輪斗電動機(jī)改造為使用美國AB公司150-A180NBDB-8L4型軟起動器軟起動的方式，并增加旁路系統(tǒng)，提高可靠性；將控制電纜卷筒取消，更改為點(diǎn)對點(diǎn)無線數(shù)字通信系統(tǒng)；為了降低機(jī)械成本費(fèi)用，保留原來的動力卷筒機(jī)械結(jié)構(gòu)，而是采用通用變頻器的力矩控制方式，保證動力電纜卷筒平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。 3 控制系統(tǒng)的組成 （1）PLC控制系統(tǒng)的硬件配置 從工藝要求、I/O點(diǎn)數(shù)、掃描速度、自診斷功能等方面考慮，選用了SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU選型為315-2DP。在配電室設(shè)計了一個主控制站，主要是采集車下設(shè)備的輸入信號（如繼電器輔助觸點(diǎn)、傳感器）和發(fā)出指令控制配電室內(nèi)執(zhí)行元件（中間繼電器、指示燈）；在控制室設(shè)計了遠(yuǎn)程機(jī)柜，內(nèi)有PLC系統(tǒng)的2個遠(yuǎn)程I/O子站，主要是采集車上的設(shè)備輸入信號（如按鈕、傳感器）和發(fā)出指令等等。在主站與從站之間采用一根屏蔽雙絞線，利用PROFIBUS總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信（見圖一），這樣一來，除了一些必要的接線，車上和車下的聯(lián)系使用的電纜數(shù)目不到原來的2/3，大大減少了維護(hù)工作量，提高了設(shè)備的可靠性。 S7300-PLC的程序編制使用SIEMENS公司提供的STEP 7組態(tài)軟件進(jìn)行，采用LD梯形圖編程，便于電氣維護(hù)人員理解和學(xué)習(xí)。并且在CPU上預(yù)留了編程器通訊接口，通過編程電纜，連接好編程器，可以快速對故障進(jìn)行診斷，大大加快缺陷處理速度，同時在工藝發(fā)生變化的時候，可以很快的進(jìn)行程序更改，而不必花大力氣進(jìn)行電氣控制回路的改造。 （2）無線數(shù)字電臺 無線數(shù)字電臺是用于需要實時處理應(yīng)用的數(shù)據(jù)的遙測無線設(shè)備，它使用為微處理機(jī)控制和數(shù)字信號（DSP）處理技術(shù)，即使在很惡劣的條件下也能提供可靠的服務(wù)。針對輸煤系統(tǒng)的環(huán)境狀況及輸煤運(yùn)行人員大量使用對講機(jī)的實際情況，我們選用了使用可靠，免維護(hù)的美國MDS數(shù)字電臺。每一臺斗輪機(jī)都需要一套點(diǎn)對點(diǎn)無線通訊系統(tǒng)，每套系統(tǒng)由2個電臺組成，一臺連接到安裝在斗輪機(jī)配電室的PLC，作為無線通訊從站，另一臺連到遠(yuǎn)程站PLC，作為無線通訊的主站（見圖二），該從站并且與輸煤程控系統(tǒng)的子站PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成斗輪機(jī)與煤場皮帶堆料聯(lián)鎖及斗輪機(jī)在集控室的操作員站畫面上的工作狀態(tài)顯示。 MDS數(shù)字電臺質(zhì)量可靠，保證了聯(lián)鎖信號的穩(wěn)定性，加強(qiáng)了集控室對煤場的監(jiān)視；同時，取消的電動機(jī)及制動器還可以再利用作為動力電纜卷筒的驅(qū)動部分的專用備品。 無線數(shù)字通訊系統(tǒng)的使用，保證了聯(lián)鎖信號的穩(wěn)定性，減輕了運(yùn)行人員和檢修人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了大量控制電纜的更換費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。 4 電動機(jī)起動方式的優(yōu)化 （1）懸臂皮帶及輪斗電動機(jī)的軟啟動起動 懸臂皮帶及輪斗的電動機(jī)，安裝在斗輪機(jī)的金屬架構(gòu)上，在懸皮和輪斗電動機(jī)啟動時，則會出現(xiàn)很大啟動電流，并由此產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊。而利用軟起動裝置，起動時間，起動電壓等參數(shù)可調(diào)，可以使其輸出電壓按一定規(guī)律上升，使被控電動機(jī)的電壓逐漸平滑的升到全電壓，起動電流上升平滑上升至設(shè)定值，從而滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求，保證起成功。 根據(jù)懸臂皮帶和輪斗的負(fù)載的性質(zhì)：靜止負(fù)載比較大，一旦起動后，電動機(jī)的阻力矩反會減少；針對這中負(fù)載性質(zhì)，在實際起動中，加了一個短時的高電壓（UK，其值和時間是可以設(shè)定的），通常將這種軟起動方式稱為的電壓突跳起動方式，（見圖三）。 采用軟啟動器，起動特性曲線好，使電動機(jī)和其附屬機(jī)構(gòu)無沖擊，平穩(wěn)加速，使供電線路和整個傳動系統(tǒng)承受最小的可能沖擊。為了提高設(shè)備的可靠性，對于這兩臺設(shè)備的軟啟動裝置又加裝了由交流接觸器構(gòu)成的旁路系統(tǒng)，在電機(jī)正常啟動后，切除軟啟動裝置的運(yùn)行，由旁路接觸器繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；旁路裝置還可以在軟啟動裝置需要維修的時候，在一定時間內(nèi)，用來直接啟動這兩臺設(shè)備，提高了設(shè)備的可靠性。 （2）行走及回轉(zhuǎn)的變頻控制優(yōu)化 行走及回轉(zhuǎn)變頻器原來設(shè)計為可以在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整速度。通過實際觀察，發(fā)現(xiàn)行走頻繁調(diào)整速度在我公司輸煤運(yùn)行方式中實際意義不大，并且頻繁大范圍的調(diào)整行走速度，使電纜卷筒和行走之間的同步情況變的不可預(yù)知，容易拉斷電纜；如果將行走電機(jī)制動器調(diào)整過緊，在行走停止瞬間又會引起整個機(jī)體的震動；因此，根據(jù)運(yùn)行狀況和實際需要將變頻器的調(diào)速范圍變窄，為20-30Hz。同樣的原因，為了防止回轉(zhuǎn)速度過快造成懸臂撞擊機(jī)械止擋器，為了防止取料時造成輪斗與煤堆過度撞擊而使輪斗電機(jī)過載，根據(jù)實際運(yùn)行狀況需要，將回轉(zhuǎn)速度限制在0-20Hz范圍內(nèi)平滑調(diào)整。電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速被大幅降低后，電動機(jī)的同軸冷卻風(fēng)扇散熱能力不如以前，但該設(shè)備安裝在室外，自然通風(fēng)條件比較好，在加上不需要連續(xù)長時間運(yùn)行，電動機(jī)的溫升一直符合規(guī)定，所以在低速條件仍然可以使用原來的電動機(jī)，無需更換成專用的變頻電機(jī)，節(jié)省了部分造價。 （3）動力電纜卷筒電動機(jī)的變頻器力矩控制 動力電纜卷筒電機(jī)為繞線式電動機(jī)，在本次改造中，為了節(jié)約資金，將電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部分短路，使其相當(dāng)于鼠籠式電動機(jī)，使用LG IV5變頻器加矢量編碼器閉環(huán)控制，保證動力電纜卷筒在調(diào)速的過程中，保持恒定的力矩，提高電機(jī)的傳動的質(zhì)量；所謂矢量控制就是磁場與力矩互不干涉，按指令進(jìn)行力矩控制方式；使用編碼器，能夠分別獨(dú)立的控制磁場電流和力矩電流，因而實現(xiàn)了在極低轉(zhuǎn)速時的平滑運(yùn)動和高力矩高精度的速度、力矩控制。同時為了保護(hù)6KV動力電纜，在卷筒電動機(jī)的聯(lián)軸器處，加裝了電機(jī)軸轉(zhuǎn)動檢測傳感器，如果在大車行走3秒后，還未檢測到電纜卷筒驅(qū)動電機(jī)軸轉(zhuǎn)動的信號，將停止大車的行走，并在控制室發(fā)出預(yù)告信號；在加上電纜配重處的電纜拉緊保護(hù)，全面構(gòu)成了動力電纜的保護(hù)系統(tǒng)，以保證動力電纜的正常卷取。 5 改造小結(jié) （1）#2斗輪機(jī)先于#1斗輪機(jī)的改造，控制電纜改造成無線通訊后，使用正常，但就在#1斗輪機(jī)無線通訊系統(tǒng)改造完并投入試運(yùn)行的時候，出現(xiàn)了#2斗輪機(jī)通訊不正常，聯(lián)鎖信號不穩(wěn)定現(xiàn)象；通過分析和專業(yè)軟件診斷，原來是兩臺斗輪機(jī)的電臺的通訊參數(shù)設(shè)定一致而造成通訊互相干擾，重新設(shè)置#1斗輪機(jī)的通訊參數(shù)后，問題得到解決。 （2）動力電纜卷筒變頻改造時，為了節(jié)約費(fèi)用，使用的是原來的舊的電動機(jī)，需要在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸末端加裝支架并安裝一個編碼器；現(xiàn)場施工的方法是使用手槍電鉆在轉(zhuǎn)子軸末端開盲孔，這樣一來，因加工工藝造成編碼器與電機(jī)軸之間的連接同軸度高于標(biāo)準(zhǔn)值，使編碼器發(fā)出的脈沖信號不正常，造成動力電纜卷筒變頻器丟轉(zhuǎn)停運(yùn)，并出現(xiàn)“編碼器故障”提示信息；解決的辦法是更換了高質(zhì)量的編碼器專用的聯(lián)軸器，盡量改善了同軸度，這種因施工工藝造成的問題在今后類似 的改造中應(yīng)多加注意。 （3）不足之處：從長遠(yuǎn)看來，應(yīng)該在控制室遠(yuǎn)程機(jī)柜柜門上加裝可觸屏監(jiān)控系統(tǒng)。主要用來做一些故障診斷，指導(dǎo)運(yùn)行人員在異常情況下的運(yùn)行操作；同時對斗輪堆取料機(jī)設(shè)備進(jìn)行壽命管理，記錄主要電動機(jī)的累積運(yùn)轉(zhuǎn)時間，主要接觸器動作次數(shù)等，甚至對主要電動機(jī)的歷史電流進(jìn)行追憶，這些工藝在程序上很容易實現(xiàn)，有了這些設(shè)計，可加強(qiáng)對主要設(shè)備的故障診斷，提高缺陷處理速度，更對輸煤系統(tǒng)重要設(shè)備實現(xiàn)點(diǎn)檢定修有十分重要的指導(dǎo)意義。 6 結(jié)束語 綏電公司的兩臺斗輪堆取料機(jī)電控系統(tǒng)自改造投運(yùn)以來，性能比較穩(wěn)定，能夠滿足輸煤系統(tǒng)的接、卸煤任務(wù)，能夠適應(yīng)綏電雙機(jī)大負(fù)荷運(yùn)行的燃煤要求，保證了正常的生產(chǎn)，為運(yùn)行人員操作提供了方便，減輕了檢修維護(hù)人員的工作量，是現(xiàn)代控制技術(shù)的在電廠輸煤系統(tǒng)的一次有效應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： 1、《變頻器的應(yīng)用與維護(hù)》 馮垛生 華南理工大學(xué)出版社 2、S7-300 PLC用戶手冊 西門子公司 3、AB 軟起動器用戶手冊 AB公司